Imager les perturbations volcaniques liées aux grands séismes
Des chercheurs de l’IPGP et leurs collègues ont cherché à mieux comprendre comment le mégaséisme du Tohoku de 2011 au Japon a perturbé les régions volcaniques, en suivant les variations d’anisotropie sismique de ces régions avant et après le séisme.
Le lac d'Hakone et le mont Fuji, estampe du XIXè.
Une onde sismique se propage dans les roches terrestres à une vitesse dépendant des propriétés de ces roches. Cependant, au sein d’une même roche, la vitesse de propagation n’est pas toujours constante et peut varier selon l’orientation principale des cristaux de la roches par exemple, ou la présence de fracturation et d’inclusions fluides dans un même axe d’orientation au sein de la roche. C’est ce qu’on appelle l’anisotropie sismique. Cette anisotropie peut être mesurée et caractérisée par une amplitude et une direction, qui dépend des forces tectoniques prédominantes dans la région.
Des changements dans ces vitesses sismiques, et donc de l’anisotropie sismique, au sein d’une zone donnée peuvent donc mettre en évidence des changements de conditions et d’orientations de microfractures dans le sous-sol et ainsi imager des modifications profondes de la croûte terrestre.
Dans une étude publiée dans Nature Communications fin 2019, une équipe internationale, menée par des chercheurs de l’IPGP a cherché à mieux comprendre les processus en jeu dans les régions volcaniques avant et après le mégaséisme du Tohoku de magnitude Mw=9.0, qui s’est produit au Japon le 11 mars 2011. Ils ont donc étudié les variations de l’anisotropie sismique dans cette région durant l’année 2011.
Et leurs résultats montrent que ce mégaséisme a profondément affecté les forces tectoniques de l’ensemble du l’archipel japonais, et en particulier les zones volcaniques, où de petites variations d’anisotropie ont été observées autour des volcans après le séisme. La zone volcanique du Mont Fuji, distante de plus 400 km de l’épicentre mais situé à l’intersection de 3 plaques tectoniques (plaque Pacifique à l’est, plaque Philippine au Sud et plaque Okhotsk au nord), semble avoir été particulièrement sensible à ce tremblement de terre.
Les variations temporelles de l’anisotropie sismique montrent bien qu’après le séisme, l’anisotropie sismique change à l’est du mont Fuji, en s’orientant dans la direction du séisme. En revanche, les chercheurs observent, de façon inattendue, dans la zone volcanique hydrothermale de Hakone (à l’est du Mont Fuji), une variation très rapide de l’anisotropie un mois après le séisme, alors qu’une décroissance lente était attendue. Pour expliquer ce phénomène, l’étude propose que le séisme ait excité le système hydrothermal et donné naissance à une onde de porosité des fluides hydrothermaux qui s’est propagée depuis environ 3km de profondeur jusqu’en surface à une vitesse de l’ordre de 1mm/s.
Ces résultats démontrent qu’une meilleure compréhension de l’origine de l’anisotropie et de ses changements temporels sous les volcans et dans la croûte peut fournir un éclairage nouveau des processus actifs. Une mesure continue de l’anisotropie pourrait s’avérer très utile dans le cadre de la surveillance et de la prévision volcaniques.
Réf : Saade, M., Araragi, K., Montagner, J.P. et al. Evidence of reactivation of a hydrothermal system from seismic anisotropy changes. Nat Commun 10, 5278 (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-019-13156-8
